Nanotechnology in the food industry / Nanotecnologia na indústria de alimentos

Nanotechnologies involve the manipulation of matter at a very small scale, generally between 1 and 100 nanometers. They exploit novel properties and functions that occur in matter at this scale. The application of nanotechnology in the areas of food and food packaging is growing rapidly, and in the area of food security, these applications include the detection of microorganisms, environmental protection, water purification, encapsulation of nutrients and food packing. Nanotechnology is opening up a world of new possibilities for the food industry, but the entry of nanoparticles into the food chain can result in a buildup of toxic contaminants in food and harm human health. This review focuses on the nanoencapsulation of bioactive compounds, nanosensor especially to detect foodborne pathogens, applications of nanotechnology in food packing and highlight some of aspects of toxicology.

A nanotecnologia envolve a manipulação da matéria em uma escala muito pequena, geralmente entre 1 e 100 nanômetros. Ela explora novas propriedades e funções que ocorrem na matéria nesta escala nanometrica. A aplicação da nanotecnologia nas áreas de alimentos, embalagens para alimentos e segurança alimentar têm crescido rapidamente. Estas aplicações incluem a detecção de microrganismos, proteção ambiental, purificação de água, encapsulamento de nutrientes e embalagem para alimentos. A nanotecnologia está abrindo novas possibilidades para a indústria de alimentos, mas, a entrada de nanopartículas na cadeia alimentar pode resultar em um acúmulo de contaminantes que podem ser tóxicos e prejudicar a saúde humana. Esta revisão enfoca a nanoencapsulação de compostos bioativos, nanosensores, especialmente para detecção de patógenos em alimentos, aplicação da nanotecnologia na área de embalagens para alimentos e destaca alguns aspectos sobre toxicologia.

Antimicrobial and aromatic edible coating on fresh-cut pineapple preservation / Revestimento comestível antimicrobiano e aromático na conservação de abacaxi minimamente processado

The present research aimed to develop an edible coating incorporated with mint essential oil, evaluate its effectiveness in inhibiting in vitro microbial development, and improve both quality and shelf-life of fresh-cut pineapple. Mint essential oil-containing edible coatings showed in vitro antimicrobial efficiency against Escherichia coli and Salmonella Enteritidis. Titratable acidity, pH, and texture were not affected (P>0.05) by coating or storage time. Mass loss was not higher than 1.0% after the 6th day of storage. No effect of storage time and coating on total soluble solids was observed. Mint essential oil-containing coatings inhibited the growth of yeasts and molds in fresh-cut pineapple. Compared to uncoated and control-coated samples, mint essential oil-containing coatings lessened psychrotrophic bacteria counts throughout storage. Counts of thermotolerant coliforms were not higher than 3.0MPN·g-1 in all treatments, whereas no Salmonella sp. was detected during the 6-day storage. Mint essential oil provided a strong flavor to the fruit, as shown by sensory evaluations.

O objetivo deste trabalho foi desenvolver um revestimento comestível incorporado com óleo essencial de hortelã, bem como avaliar sua eficiência antimicrobiana in vitro e em abacaxi minimamente processado. Revestimentos contendo óleo essencial de hortelã mostraram eficiência antimicrobiana in vitro contra Escherichia coli e Salmonella Enteritidis. O pH, a acidez titulável e a textura não foram afetadas (P>0.05) pelos tratamentos durante o armazenamento. A perda de massa dos abacaxis de todos os tratamentos não ultrapassou 1.0% após 6 dias de armazenamento. O tempo e os diferentes revestimentos não afetaram (P>0,05) o teor de sólidos solúveis totais dos abacaxis. Revestimentos contendo óleo essencial de hortelã foram capazes de inibir o crescimento de fungos e leveduras em abacaxi minimamente processado, quando comparado aos frutos sem revestimento e com revestimento controle. Frutos com revestimento contendo óleo essencial de hortelã apresentaram menor contagem de psicrotróficos no final do armazenamento. A contagem de coliformes termotolerantes foi menor que 3.0NMP·g-1 para todos os tratamentos e não foi detectada presença de Salmonella sp. durante o período de armazenamento. A presença de óleo essencial de hortelã conferiu forte sabor aos abacaxis.

Desenvolvimento e avaliação de filme antimicrobiano aromatizado para aplicação em massa de pastel / Development and evaluation of antimicrobial and flavored film for using on pastry dough

A indústria de alimentos, buscando atender à crescente demanda dos consumidores, vem desenvolvendo embalagens ativas para proporcionar qualidade e segurança aos produtos acondicionados. Este trabalho objetivou desenvolver e avaliar a aplicação de filmes ativos aromatizados em contato com a massa de pastel. Os filmes foram preparados pelo método casting, adicionados de ácido sórbico e aroma de pizza e avaliados in vitro frente ao microrganismo Penicillium sp. Também foram estudadas suas propriedades mecânicas, migração de ácido sórbico, avaliação sensorial do produto e análise microbiológica in vivo. Os filmes ativos apresentaram atividade antimicrobiana tanto in vitro como no alimento. A caracterização mecânica mostrou que os filmes ativos aromatizados apresentaram valores de carga máxima na ruptura, inferiores ao filme controle e, durante a migração, a adição de aroma contribuiu para uma maior liberação do ácido sórbico. Além disso, as massas de pastel em contato com os filmes ativos aromatizados apresentaram melhores resultados sensoriais.

The food industry, trying to meet growing consumer demand, is developing active packaging to provide quality and safety for packed food. This research aimed to develop and evaluate the implementation of active flavored films in contact with pastry dough. The active films were evaluated for in vitro antimicrobial activity against Penicillium sp. The mechanical properties of the films, the sorbic acid migration, sensory and in vivo microbiological analyses were also tested. The active films showed better results for in vitro and in vivo microbiological analyses when compared with the film with the sorbic acid incorporated directly on the pastry dough. The incorporation of sorbic acid and flavor affected the mechanical properties of the active films compared to the control film. The flavor addition provided a larger migration of sorbic acid from the film to the pastry dough. Besides the pastry dough packed in the active films showed better sensory results.

Revestimento ativo de amido na conservação pós-colheita de pera Williams minimamente processada / Starch-based edible coating on extending shelf life of fresh-cut pear

A pera é uma das frutas de clima temperado mais consumidas no Brasil, no entanto sua conservação é limitada devido ao seu escurecimento quando sofre danos ou tratamentos físicos. Os revestimentos comestíveis interagem favoravelmente com o alimento, aumentando sua vida de prateleira. Este trabalho objetivou avaliar a ação de revestimento de amido adicionado de lactato de cálcio e L-cisteína na inibição do escurecimento enzimático, na redução do crescimento de psicrotrófilos e enterobactérias e na manutenção da textura. As peras fatiadas foram cobertas com revestimentos comestíveis à base de amido incorporados com cisteína e lactato de cálcio, exceto o controle - sem revestimento (C). Os tratamentos foram: apenas revestimento (T1); 2,0 por cento lactato de cálcio e 1,0 por cento L-cisteína (T2) e 2,0 por cento lactato de cálcio e 1,5 por cento L-cisteína (T3). As amostragens foram feitas nos tempos zero, dois, quatro e seis dias. As amostras foram mantidas sob refrigeração (7°C±2°C). As peras submetidas aos tratamentos T2 e T3 apresentaram-se significativamente mais firmes (P<0,05) que as dos tratamentos C e T1. A ação da cisteína sobre a inibição do escurecimento enzimático foi observada nos tratamentos T2 e T3, que não apresentaram diferença significativa (P≥0,05) entre si para os valores de ∆E, no entanto esses valores foram significativamente menores em relação ao controle. No tempo 6, a redução decimal na contagem de psicrotrófilos chegou a 3,03 e 2,43 para T3 e T2, em comparação com o controle. A contagem de enterobactérias apresentou comportamento semelhante, sendo o valor da redução de 3,16 e 3,05 para T2 e T3 em relação ao controle. Verificou-se que a vida de prateleira de pera minimamente processada pode ser mantida por mais tempo com o uso desse revestimento.

Pear is one of the most consumed temperate fruits in Brazil; however their conservation is limited due to browning when it suffers injuries or physical treatments. The edibles coating interact with the food positively extending its shelf life. This research aimed to evaluate the action of starch edible coating incorporated with calcium lactate and L-cysteine on enzymatic browning inhibition, on psychrotrophs and enterobacteriaceae growing reduction and on firmness maintenance. The sliced pears were coated with starch edible coating incorporated with L-cysteine and calcium lactate, except control, without coating (C). The treatment were: only coating (T1); 2,0 percent calcium lactate and 1,0 percent L-cysteine (T2); 2,0 percent calcium lactate and 1,5 percent L-cysteine (T3). The samples were taken at 0, 2, 4 and 6 days. Pears were keeped under refrigeration (7°C±2°C). Pears submitted to treatments T2 and T3 show significantly more firms (P<0,05) compared to treatments C and T1. Cysteine action over enzymatic browning inhibition was observed in treatments T2 and T3 which do not differed significantly each other (P≥0,05) to ∆E values however these were significantly lower than control (C). At time 6, decimal reduction on psychrotrophs counting reached 3,03 and 2,43 to T3 e T2 compared to control. Enterobacteriaceae counting showed similar behavior where the reduction values were 3,16 and 3,05 to T2 e T3 compared to control. It was verified that using the studied edible coating on fresh cut pear can extend its shelf life.

Increased presevation of sliced mozzarella cheese by antimibrobial sachet incorporated with allyl isothiocyanate

There is an increasing tendency to add natural antimicrobials of plant origin into food. The objective of this work was to develop a microbial sachet incorporated with allyl isothiocyanate (AIT), a volatile compound of plant origin, and to test its efficiency against growth of yeasts and molds, Staphylococcus sp. and psychrotrophic bacteria on sliced mozzarella cheese. Another objective was to quantify the concentration of AIT in the headspace of cheese packaging. A reduction of 3.6 log cycles was observed in yeasts and molds counts in the mozzarella packed with the antimicrobial sachet over 15-day storage time. The sachet also showed an antibacterial effect on Staphylococcus sp., reducing 2.4 log cycles after 12-day storage. Psychrotrophic bacteria species were the most resistant to the antimicrobial action. The highest concentration of AIT (0.08µg.mL-1) inside the active packaging system was observed at the 6-day of storage at 12 ºC ± 2 ºC. At the end of the storage time, AIT concentration decreased to only 10 percent of the initial concentration. Active packaging containing antimicrobial sachet has a potential use for sliced mozzarella, with molds and yeasts being the most sensitive to the antimicrobial effects.

Avaliação do volume de oxigênio absorvido por sachê absorvedor de oxigênio em diferentes temperaturas e umidades relativas / Evaluation of the amount of oxygen absorbed by oxygen absorbers at different temperatures and relative humidities

O uso de absorvedores de oxigênio em embalagens de produtos alimentícios acondicionados tem apresentado uma demanda crescente. Assim, o conhecimento da eficiência desses absorvedores em diferentes condições de umidade relativa e temperaturas definidas, são de fundamental importância. Portanto, foram determinadas equações para predizer o volume absorvido de oxigênio para as temperaturas de 10±2 ºC e 25±2 ºC, dependendo da umidade relativa na faixa de 75 por cento a 85 por cento e da taxa de permeabilidade a oxigênio da embalagem. Para a temperatura de 25±2ºC a equação é: V = -32,770+10,440*UR-104,385*ln(TPO2), com um R² = 0,9151. Para a temperatura de 10±2ºC a equação é: V=107,321+6,221*UR-105,166 ln(TPO2) com um R² = 0,8729. Dessa forma, o tempo de atividade do sachê pode ser determinado pela equação T = (V-Vi) / (TPO2*A). Utilizando essas equações e, considerando uma embalagem de área 0,05m² por face, com uma permeabilidade de 8,63 cm3.m-2.dia-1, uma umidade relativa de 80 por cento e o volume de oxigênio inicial dentro da embalagem de 2,5 mL, após o envase, o tempo de atividade do sachê quando armazenado a 10±2ºC foi de 435 dias e a 25±2ºC de 666 dias.

Oxygen absorbers have been presenting a growing demand for application in food packaging. Thus, it is important to know the efficiency of those absorbers in different relative humidity and temperatures. Therefore, equations were developed to predict the volume of absorbed oxygen at 10±2 ºC and 25±2 ºC, according as the relative humidity ranging from 75 percent to 85 percent and the oxygen transmission rate through the package. At 25±2ºC the equation was V = -32,770+10,440*RH-104,385*ln(O2 TR), with R² = 0,9151. At 10±2ºC, V=107,321+6,221*RH-105,166 ln(O2 TR) with R² = 0,8729. As a consequence, activity time for the oxygen absorbers can be calculated with the following equation: T = (V-Vi) / (ln(O2 TR*A). Using these equations and considering a packaging area of 0,05m² for each face, oxygen transmission rate of 8,63 cm³.m-².dia-1, relative humidity of 80 percent and an initial oxygen volume inside the package of 2,5 mL, absorber activity times when stored at 10±2ºC and 25±2ºC were 435 and 666 days, respectively.

Efficiency of oxygen: absorbing sachets in different relative humidities and temperatures

The main objective of this work was to evaluate the efficiency of oxygen - absorbing sachets at relative humidity of 75 percent, 80 percent and 85 percent and different temperatures, 10±2 ºC and 25±2 ºC. The experiment consisted in determining the O2 absorption under these conditions. A sachet was placed in desiccators with an internal air homogenization system. Aliquots of air were removed at pre-established time intervals and analyzed for oxygen content. The results showed that oxygen absorption by the sachet increased as the relative humidity increased for both temperature. Therefore the oxygen - absorbing sachets were most active under 25±2ºC and 85 percent relative humidity. At ambient condition (25±2ºC/75 percentRH) the rate of oxygen absorbed was 50 mL/day and 18,5 mL/day for 10±2ºC. It was used a totally casualized design with three replicates.

O objetivo principal deste trabalho foi avaliar a eficiência de sachês absorvedores de oxigênio a 75 por cento, 80 por cento e 85 por cento de umidade relativa e diferentes temperaturas, 10±2 ºC e 25±2 ºC. O experimento consiste em determinar a absorção de O2 sob essas condições. Um sachê foi colocado dentro de um dessecador contendo um sistema de homogeneização do ar interno. Alíquotas de ar são retiradas dos dessecadores em intervalos de tempos pré-estabelecido e seu conteúdo de oxigênio analisado. Os resultados mostraram que a absorção de oxigênio pelos saches aumentaram com o aumento da temperatura para ambas as temperaturas. No entanto, os sachês mostraram uma maior eficiência para 85 por cento de umidade relativa e 25±2ºC de temperatura. Na condição ambiente (25±2ºC/75 por centoRH), a taxa de absorção dos sachês foi de 50 mL/dia e 18,5 mL/dia para 10±2ºC. O experimento foi conduzido com delineamento experimental inteiramente casualizado, com três repetições.

ATP-bioluminescence assay as an alternative for hygiene-monitoring procedures of stainless steel milk contact surfaces

ATP-bioluminescence assay was used to evaluate the cleaning and sanitizing procedures of stainless steel milk contact surfaces. Surfaces of a raw milk transportation tank, a raw milk cooling storage tank, an equalization pasteurizing tank, a pasteurized milk storage tank and a pasteurized milk packaging tank, as well as a milk centrifuge were evaluated. The Relative Light Unit (RLU) using a commercial luminometer and mesophilic aerobic counts (CFU.cm-2) on surfaces were determined. There were no significant differences (p>0.05) in RLU on the assessed surfaces before and after the cleaning and sanitizing procedures. Also, there were no significant differences (p>0.05) in CFU.cm-2 on the surfaces before the cleaning and sanitizing procedures, whereas different bacterial numbers were found on surfaces after the hygiene procedures. The surfaces of the milk centrifuge, raw milk cooling tank and milk packaging tank showed the largest mesophilic aerobic numbers after the hygiene, reaching 2.21, 2.18, and 1.21 log10, respectively. The results demonstrated that there is no agreement among the techniques for classification of hygienic conditions of the evaluated surfaces, showing a non-direct relation between RLU and CFU.cm-2. The ATP-bioluminescence method showed that 100 percent of the surfaces were under inadequate hygiene conditions, while the plate count method detected only 50 percent, based on the APHA's recommendation, and 33 percent, based on the WHO's recommendation. High variations in RLU measurements were observed, suggesting the need for more than only one surface analysis. The ATP-bioluminescence is not a direct replacement for microbiological testing, but provides complementary information and should be used as part of an integrated strategy.

A técnica do ATP-bioluminescência avaliou os procedimentos de higienização de superfícies em aço inoxidável dos tanques de transporte de leite cru, de estocagem de leite cru resfriado, de equilíbrio de um pasteurizador, de estocagem de leite pasteurizado e para embalagem de leite pasteurizado e, ainda, a superfície interna de uma centrífuga de leite quanto à determinação de Unidades Relativas de Luz (URL) e da contagem de mesófilos aeróbios (UFC.cm-2). Não houve diferença significativa (p>0.05) na medida de URL nas superfícies antes e depois do procedimento de higienização. Também, não houve diferença significativa (p>0.05) no número de UFC.cm-2 nas superfícies antes da higienização. No entanto, contagens bacterianas diferentes foram constatadas após este procedimento. As superfícies da centrífuga e dos tanques de leite resfriado e para embalagem de leite apresentaram as maiores contagens após a higienização, atingindo 2,21, 2,18, e 1,21 log10, respectivamente. Os resultados mostram que não há concordância entre os métodos na classificação das condições higiênicas das superfícies, indicando que não há relação direta entre RLU e UFC.cm-2. A técnica do ATP-bioluminescência indicou que 100 por cento das superfícies estavam em condições higiênicas inadequadas, enquanto a contagem bacteriana indicou apenas 50 por cento de acordo com as recomendações da APHA e 33 por cento de acordo com OMS. Variações elevadas nas medidas de URL sugerem a necessidade de se realizar mais de uma análise na mesma superfície. A técnica do ATP-bioluminescência não deve simplesmente substituir os testes microbiológicos mas ser usada para se obter informações complementares para avaliar as condições higiênicas das superfícies para o processamento de leite.

Bacterial adherence to different inert surfaces evaluated by epifluorescence microscopy and plate count method

A adesão de Listeria innocua L6a e de Staphylococcus aureus ATCC 6538 foi avaliada em cupons de prova de aço inoxidável AISI 304, de policarbonato, ambos com dimensões de 10x10x1mm, e de polipropileno com dimensões de 10x10x4mm. Os cupons limpos e esterilizados foram imersos em 100mL de caldo TSB ou de BHI, contendo cerca de 1,0x103 UFC/ml de L. innocua ou de S. aureus, respectivamente, e incubados a 30ºC. Após 0,2,4,6,8,10 e 12horas, os cupons foram retirados e imersos em tampão fosfato (0,31M e pH=7,2), durante 1 minuto, para remoção de células planctônicas; em seguida, submetidos à determinação do número de células aderidas pelas técnicas da microscopia de epifluorescência (MEP) e da contagem-padrão em placas após vórtex (CPP). Para MEP, os cupons foram imersos em solução de Kirkpatrick durante 3 minutos para fixar as células às superfícies. Posteriormente, as células foram coradas com alaranjado de acridina durante 5 minutos, e enumeradas pela MEP, em objetiva de imersão com área de 0,0226mm2. Para CPP, os cupons foram imersos em 2mL de tampão fosfato, submetidos ao vórtex, durante 1 minuto, para remoção das células sésseis, e, em seguida, foram efetuadas as contagens, usando-se ágar BHI ou TSB e incubação a 30ºC por 48horas. Os resultados, tanto para MEP quanto para CPP, foram expressos em UFC/cm2. Para a técnica de MEP, constatou-se diferença significativa (p<0,05) quando se avaliaram as interações entre os microrganismos, as superfícies e os tempos de contato. Verificou-se que o número de células aderidas aumentou com o tempo de contato, para todas as superfícies, independente do microorganismo. A CPP mostrou-se mais sensível para detectar números baixos de células aderidas às superfícies. No entanto, de forma geral, as contagens bacterianas obtidas pela CPP eram menores do que aquelas obtidas pela MEP. Pode-se afirmar que a MEP foi a técnica mais adequada para quantificar a adesão bacteriana, principalmente, quando o número de células aderidas às superfícies, observadas nos campos microscópicos, encontrava-se entre 10 e 100.

Evaluation of ultraviolet radiation to control microorganisms adhering to low-density polyethylene films

Efficiency of ultraviolet (UV) radiation in reducing the cell number of Staphylococcus aureus ATCC 25923 and Escherichia coli K-12 adhered to low-density polyethylene (LDPE) films was evaluated. The microorganisms were let to adhere to the surface of LPDE bags for 12h at 18liC, and then submitted to UV radiation at an intensity 196 icW.cm-2, 254nm, for 2 seconds. Staphylococcus aureus was less resistant to UV radiation than E. coli, and the efficiency increased with the increase of the concentration of microbial suspension. After 1500 hours of use the UV radiation intensity of the lamp was reduced from 288 to 78 icW.cm-2, and the higher decrease occurred in the first 100 hours of use. Also, the efficiency of the UV radiation decreased after 1500 hours of use. The number of mesophilic aerobes on the surface of LDPE films was reduced by 90 percent after irradiation with 137 icW.cm-2 for 2 seconds. Atomic force microscopy revealed cracks and crevices and protuberances on the LDPE surface, a topography that can protect the cells from UV radiation, reducing the efficiency of the process. The results showed that UV radiation can be a useful technique for reducing the microbiota adhered to LDPE films.

Efeito de farelo de arroz tratado termicamente na vida de prateleira de biscoito tipo amanteigado / Effect of heat-treated rice bran on the shelf-life of butter biscuits

Rice bran was submitted to two heat treatments. In the first treatment, bran was heated in an oven at 105§C for 20 minutes and, in the second treatment, it was heated in a steam autoclave with a pressure of 78456 Pa at 125§C for 20 minutes. The two heated brans were mixed wheat flour at three different levels (O, 10 AND 20 per cent) and these blends were used for the production of biscuits. The biscuit acidity increased with the presence of rice bran in the flour. Biscuits produced with oven-heated bran showed the highest acidity and, the longer the storage time the higher the acidity. It was observed that biscuits which had rice bran in their formulation presented a higher moisture content, which did not vary with storage possibly due to the packaging. Members of the taste panel were able to perceive differences between biscuits which contained bran produced by the two different heat treatments. Biscuits produced with the oven heated bran were darker. Also, they presented unpleasant smell and taste. The other biscuits, produced with the other formulations, obtained intermediate scores in relation to the ones produced just with wheat flour. The results show that the use of rice bran for biscuits-making is practicable and that it could be easily used in biscuits commercial production

Efeito da incorporaçäo de farelo de arroz tratado termicamente sobre as características reológicas da farinha de trigo / Effects of the incorporation of heat treated rice bran on the rheological characteristics of wheat flour

Rice bran submitted to two heat treatments: heated in oven (105§C/3h and in autoclave (125§C/20min at 78456 Pa). The two treated rice brans were blended with wheat flour at 10 and 20 per cent level, and evaluated rheologically, using the Frarinograph, the Amilograph, the Extensiograph and the Falling Number Test. The blend with rice bran heated in oven showed to be the darkest one, at any level of blending. The roce bran increased the pasta viscosity, the retrogradation rate, and weakened the dough, although it did not increased the water absorption of the dough